При погружении в перекачиваемую среду скважинные насосы забирают жидкость и придают ей необходимый напор для подъема по трубам на поверхность с большой глубины. Особенности их конструкции позволяют применять их не только для поднятия воды — насосное оборудование подобного типа справляется с перекачкой вязких жидкостей. Их широко эксплуатируют в химической, пищевой, нефтедобывающей отрасли и быту. Большинство глубинных насосов динамического действия портится от присутствия песка в жидкостях, но винтовые агрегаты работают с грязной водой без поломок.
Принцип работы
Оборудование поддерживает постоянный поток — в отличие от пульсирующего ритма перекачиваемой среды у центробежных вариантов техники — эта характеристика важна для работы на большой глубине. Особенности работы и конструкционные составляющие самовсасывающих объемных насосов с использованием принципа многоступенчатой структуры:
В конструкции предусмотрен один вертикальный вал, это способствует сокращению поперечных размеров до минимальных показателей. Из-за полученной конфигурации насосы применяют в скважинах и абиссинских колодцах.- В качестве емкости для перекачиваемой жидкости используется насосный корпус, изготавливаемый для эксплуатации в условиях скважин из высококачественного металла, так как полимеры не выдерживают создаваемые нагрузки.
- Движение жидкости обеспечивается за счет действия шнекового винта (ротора), при вращении которого жидкость забирается из скважины, разгоняется, ей придается напор и дальше она движется по шлангу.
- Ротор работает от электрического двигателя, движение ему сообщается через жесткий вал. Стабильность действия установки обеспечивается с помощью подшипникового комплекта и других узлов, которые подбираются конструкторами в зависимости от класса агрегата.
- Ротор являет собой стальной винт (однозаходный шнек) круглого сечения, у которого широкий резьбовой шаг. Статор представлен в конструкции тем же сечением, но у него шаг резьбы больше в два раза. Своим вращением внутри статора ротор захватывает воду от всасывающего патрубка и направляет его к отводящему проходу.
- Качество насоса зависит от сложности внутреннего устройства, чем выше показатель, тем более продляется срок эксплуатации из-за минимизации износа приводов и шнека.
- У трансмиссионных насосов в отличие от погружных двигатель располагается на поверхности, рядом с водозаборной скважиной, с насосным устройством соединен промежуточным валом. Такие агрегаты способны поднимать нефть с глубины на поверхность с глубины 125−130 м при подаче 1200 м³ в час.
- У трансмиссионных устройств насосная часть состоит из нескольких чугунных секций, соединенных шпильками. Каждая камера содержит рабочее центробежное колесо и вал, все секции подходят к одной сетке, пропускающей воду.
- Несколько рабочих секций позволяют устанавливать требуемый напор и регулировать его, при этом с напорным трубопроводом узел взаимодействует через фланец, находящийся на верхнем корпусе секции. Трансмиссия располагается внутри защитной трубы с маслом. Собирают секции постепенно, увеличивая их количество по мере вхождения в скважину.
Погружные конструкции насосов отличаются жестким соединением двигателя и вала, поэтому нет необходимости использовать трансмиссионный вал, что способствует упрощению конструкции. Погружные агрегаты успешно устанавливают в кривые стволы, а рабочая постройка для оборудования над устьем скважины меньше по объему. Насосы погружной конструкции отличаются большим эксплуатационным сроком по сравнению с другими вариантами, так как благодаря надежной конструкции значительно уменьшается вибрация.
Виды
У погружных насосов есть положительные характеристики, но имеются и недостатки. В зависимости от типа устанавливаемого оборудования разнятся их эксплуатационные показатели и сроки работы.
С погружным двигателем (ЭВН)
Эта конструкция лежит в основе использования одновинтовых гидратационных машин в нефтяной отрасли и относится к эффективным средствам механизированной добычи нефти с высокими показателями вязкости. В некоторых вариантах использование подобного оборудования является единственно применимым вариантом. В состав погружного насосного агрегата входят следующие узлы и запчасти:
- электрический двигатель, наполненный маслом;
- система водяной защиты;
- насос, включающий графитовую осевую пяту, приводной сальниковый вал, две пары с винтовой резьбой в разных направлениях, соединенные роторы между собой и при помощи шарнирных муфт с приводным валом.
В насосный комплект дополнительно входит клапан с предусмотренным набором функций, защищающий от колебаний давления и обратного поступления воды через РО в случае непредвиденной остановки, предусмотрена обгонная муфта. Поступление забираемой жидкости осуществляется навстречу по каналам РО, что ведет к уравновешиванию осевых усилий в нижней и верхней паре.
Потоки смешиваются в напорной камере и поступают в НКТ по зазору между корпусом и статором, в этом случае осевая насосная опора разгружается, и надежность оборудования повышается. С помощью насосов ЭВН добывают из недр нефть высокой вязкости с содержанием механического мусора (до 0,8 г/л) и газа (до 50%) на стадии приема. В серийном выпуске представлено около 13 типоразмеров насосов, предусматривающих давление 9−16 МПА и подачу в сутки 15−200 м3.
Конструкторские новаторства по увеличению надежности и сроков эксплуатации предусматривают снижение частоты оборотов приводного вала, для этого применяют регулируемый электропривод и редукторные вставки. Изменяется общая компоновочная схема агрегата, месторасположения отдельных деталей и узлов, упрощение условий ремонта и обслуживания.
Штангового типа (ВШНУ)
Начало эксплуатации для отбора нефти с больших глубин началось в 80-е годы в Америке и Франции, с тех пор конструкции установок совершенствовались много раз, создавалось много типоразмеров с разбросом подач от 0,5 до 1 тыс. м3 за сутки, давление составляло в среднем 30 Мпа.
Эти насосы отличаются преимуществами по сравнению с другими типами оборудования, например, от станков-качалок их отличает:
простая конструкция, небольшая масса и габариты, несложное периодическое обслуживание и управление;- отсутствие потребности в строительстве несущего основания или фундамента;
- уменьшение затрат на перевозку оборудования;
- успешная работа с жидкостями, имеющими различные показатели вязкости и газообразования;
- отсутствие отката РО, постоянных нагрузок на штанги;
- равномерность поступления жидкости;
- снижение энергетических затрат и мощности двигателя.
От работы насосов с погружным электрическим приводом они разнятся:
- простотой сборки пусковых муфт, осевых и радиальных подшипников, отсутствием подвижных соединений на шарнирах;
- наземное устройство двигателя делает ненужной устройство водяной защиты, упрощает контроль технического состояния агрегата;
- из-за наземной установки двигателя появляется возможность работы с низкобюджетными скважинами, так как организовывать дополнительный отвод тепла от двигателя не нужно.
Оборудование ВШНУ эксплуатируется на скважинах с напором от 1 тыс. до 1 тыс. 500 м³ с высоковязкими средами с пятидесяти процентным содержанием газа в составе. Скважинный агрегат состоит из стационарной колонны, внизу которой крепится статор, палец упора, против отворотный якорь, фильтр и газовый сепаратор. В полости колонны расположена вращающаяся штанга, соединенная нижней частью с насосным ротором. Основными узлами насосов ВШНУ являются следующие детали:
приводная головка;- для оттока жидкости используется тройник;
- остов для закрепления двигателя;
- трансмиссия вращательного движения;
- регулируемый приводной двигатель;
- устройство для расположения полированного штока.
Насос продвигает пластовую жидкость в зазоре между колоннами и штангами, далее через боковой патрубок отводит ее в коллектор. Штанговые насосы выпускают в трубном и вставном варианте, популярность завоевывают агрегаты второго типа, позволяющие отсоединять насос для обслуживания или ремонта без его подъема на поверхность.
Гидроприводные (ГПНА)
Эти агрегаты работают по принципу возвратно-поступательного движения поршня, в связи с этим машины имеют ряд преимуществ:
- нет штанговой или кабельной связи энергетического источника с насосом;
- успешно работают в скважинах малого диаметра, расположенных под наклоном;
- позволяют регулировать подачу погружного устройства, плавный старт, поддерживают нужную интенсивность забора нефти;
- упрощают обслуживание оборудования без подъема и спуска.
В качестве гидромоторов, которые незначительно изменены, применяют ВЗД с диаметром 86−109 мм и частотой вращения 100−350 оборотов, расход жидкости предусмотрен 4−11 л/с, давление в промежутке 6−8 Мпа. Используют насосные винтовые многозаходные пары в качестве РО, это позволяет развить большого разнообразия принимаемых жидкостей с диапазоном поступления от 6 до 110 м³ за сутки. При оптимальной протяженности пары 1,5−2,0 м агрегат развивает давление 10−15 МПа.
Наземная часть по типу насосов ГПНА включает плунжерный силовой насос, устройство подготовки жидкости (для разделения эмульсий, сепараторы, отстойники), регулирующие приборы и оборудование для обустройства устья подъемной щели. Гидроприводные винтовые насосы отличатся преимуществами, от гидропоршневых вариантов их отличает:
- простота сборки и эксплуатации из-за отсутствия золотниковых распределителей и клапанов;
- использование технических вод в качестве рабочей жидкости, исключающее сложный очистительный процесс;
- работа с вязкой нефтью и увеличенным содержанием газа;
- нет гидравлических и динамических нагрузок из-за отсутствия обратного движения рабочих органов.
Сравнение со штанговыми насосами показывает такие преимущества:
- эксплуатируются в кривых скважинах со значительным уклоном ствола;
- отсутствует штанговое оборудование;
- наземный силовой насос регулирует технологические режимы путем изменения интенсивности подачи;
- можно менять погружной агрегат и проводить ремонт в удобных условиях.
От работы с электропогружными устройствами их отличает:
- нет необходимости подключать электрический кабель и делать его защиту от влажности;
- пусковые свойства агрегата улучшены.
Нефтяные двухвинтовые (НДПН)
Агрегат разработан для работы в скважинах с малым финансирование работ. В составе имеет погружной двигатель электрического типа, протектор, компенсатор, защиту от окружающей влаги, обратный и спускной клапан, компенсаторные трубы, трансформатор и кабель. Для увеличения напора используется составной вариант из нескольких модулей.
Чтобы обеспечить пропуск вязких жидкостей предусмотрены различные варианты изготовления проточной части, которые различаются зазорами между корпусом и рабочими винтами. В связи с этим перед выбором насоса и его монтажом рассчитываются требуемые параметры зазоров.
Использование в бытовых условиях
Применять винтовые погружные насосы для добычи воды из частных скважин стали давно. С их помощью снижают загазованность воды. Если ведется газовая разработка, то агрегаты используют для обезвоживания полезного природного ископаемого. Винтовые погружные устройства применяют для добычи теплых вод из глубоких недр при создании альтернативного отопления, насосы такого типа легко избавляют владельца скважины от различных механических примесей в воде, при этом не выходят из строя. Использование именно этого типа оборудования предопределено следующими показателями:
- насосы работают тихо, что отличает их от вибрационного оборудования или центробежных агрегатов;
- оборудование показывает высокий коэффициент полезного действия;
- структура воды сохраняется в отличие от центробежного оборудования;
- только одна движущая деталь в конструкции увеличивает срок работы в бытовых условиях.
